生态产业型水土保持科技示范园设计

——以兴城市头道沟水土保持科技示范园为例

李凤鸣，贾天会，任丽华，李娜

（辽宁省旱地农林研究所，辽宁 朝阳 122000）

［关键词］水土保持；科技示范园；设计；生态；产业

［摘  要］以兴城市头道沟水土保持科技示范园为例，从园区定位、功能区划分及主要示范内容等方面进行水土保持科技示范园设计，在设计过程中将水土保持新技术研发与示范推广相结合，侧重于科研设施建设、生态景观设计、水土保持林型空间布局、优质粮果抗蚀保墒种植技术应用、沟道控蚀措施布设等，注重创新与产业驱动，目的是打造以科研示范与产业引领为主的生态产业型水土保持科技示范园。

［中图分类号］ S157［文献标识码］ C［文章编号］ 1000－0941（2020）07－0042－04

2004年全国启动实施了水土保持科技示范园创建工作^[1]，至2009年已进入稳定发展时期，各类园区的建设为水土保持监测、基础理论研究、新技术示范与交流、科普宣传教育等搭建了稳定、可靠的平台，为探索土壤侵蚀规律、创新水土流失综合治理技术体系、丰富水土保持产业发展模式提供了可借鉴的经验。

在水土流失治理中，产业引领是十分必要的，尤其是水土保持生态产业的开发与应用能促进经济结构由生态受损型向生态保护型转变，使民众在生态、经济层面双受益。立足于北方土石山区水土保持生态建设的需要，建设兴城市头道沟水土保持科技示范园，目标是建设集水土保持技术研发及水土流失治理成果引进、示范推广、实体成果展示、科普宣传、休闲观光于一体，定位为创新为主、产业驱动的生态产业型水土保持科技示范园。

1  园区概况

兴城市头道沟水土保持科技示范园位于辽宁省兴城市三道沟满族乡头道沟村，属北方土石山区，总面积1 703.78 hm²，其中水土流失面积926.10 hm²，以中轻度侵蚀为主，局部地区有极强烈和剧烈侵蚀发生。园区内沟壑纵横，地形起伏大，降雨集中，林草覆盖率低，开发强度大，垦殖模式不合理，种植结构单一，生产活动导致了严重的水土流失。为体现当地特色，园区选址充分考虑了典型性、代表性好（有典型的坡面侵蚀区），河流、山川等自然资源丰富，道路等基础设施相对齐全便于开展工作等，主要水土流失地类有坡耕地、老果园、坡面裸地、侵蚀沟道等，可进行多种措施综合配置，适合建成综合性示范园区。园区于2016年建成，经过不断建设和完善，现已投入运行。

2  园区功能分区

功能分区能体现水土保持科技示范园在地域空间上的结构和分布，以及各功能区的组织形式^[2]。科学合理的功能分区是园区功能发挥、高效运行的基础。根据现场实勘情况，将园区分为优先治理区、典型示范区、着重保护区3个一级分区，见图1。

2.1  优先治理区

优先治理区总面积205 hm²，受人类活动干扰较频繁，水土流失危害表现为冲刷地表、破坏岸坡植被及加剧沟道的横向和纵向扩张，大量含沙水流下泄直接威胁下游河库防洪安全。该区有剧烈侵蚀面积7.95 hm²，水土流失强度大且呈加剧趋势，直接影响居民的生产生活。

该区治理措施主要是对遭受侵蚀的岸坡实施河岸保护工程、截流排导工程，结合坡脚绿化，采用主河道及岸坡景观一体化设计，塑造以水土保持工程为主的生态景观。

2.2  典型示范区

典型示范区为水土保持产业与水土流失治理技术集中示范区，位于河道两侧坡面的中部，是园区内农业生产最为集中的区域，水土流失治理难度也较大。该区总面积721.10 hm²，有中度侵蚀面积305.46 hm²、强烈侵蚀面积37.45 hm²。水土流失主要发生在原生植被破坏严重的园地、季节性裸露的耕地、耕作方式不合理的坡耕地、植被稀疏的荒地等，主要危害是降低农地土壤肥力、坡面泥沙下泄淤积河道、不合理使用化肥农药造成面源污染等。在利益的驱使下，过度开垦与开发、粗放经营与管理，使原生植被破坏严重、水土流失问题突出。因此，在治理水土流失的同时应注重产业引领，建设生态产业型水土流失治理模式，使民众的资源利用思维由掠夺性开发向保护型开发转变。

该区示范内容主要包括山地有机果品优质栽培技术、侵蚀瘠薄型坡耕地高效利用技术、扩张型沟道多层控蚀技术、水土保持林草空间配置技术等，而且设置了专门的新技术研发区，预留试验地块，研发和引进新品种、新技术。

2.3  着重保护区

着重保护区位于典型示范区外围，区内原生植被较好，总面积777.68 hm²，缓坡水土流失较轻，陡坡水土流失较严重。

为减少扰动破坏，该区的水土流失治理不适宜布设大量工程措施，可依靠自然的修复能力，采取封育措施恢复植被，并着重加强管护，避免人畜破坏，以改善园区的自然景观。

3  生态产业型水土流失治理模式示范

3.1  河道及岸坡生态景观一体化设计示范区

河道及岸坡生态景观一体化设计示范区位于优先治理区内，由拦蓄坝、景观道路、工程小景、园林绿化区构成，占地面积201.70 hm²。分析园区现有景观元素，设计时将河流作为景观重塑后的中轴线，在河道上修建景观型拦蓄坝，坝顶设垛墙，使过坝水流更具气势与观赏性；北岸为丘陵地带，坡面缓，适宜布设花、果景观；南岸山高坡陡，坡面线长，适宜布置景观林与水土保持林。以此形成北岸观花果、南岸赏绿树、中心看水流的景观布局。绿化带沿水系两岸分层布设，北岸依次为护岸林草、水土保持林、花果观赏林；南岸依次为护岸林草、水土保持林、景观林、水土保持林。通过生态景观的构建促进休闲观光游产业的发展，实现经济增收。

3.2  山地有机果品优质栽培技术示范区

3.2.1  蓄水减蚀工程与树种选择

为解决北方土石山区坡地水土保持与资源合理、高效利用这一难题，在园区的典型示范区内建设了山地有机果品优质栽培技术示范区，主要功能是研发和示范推广山地生态果园营建技术和优质果品无公害生产技术。在防治水土流失的同时，提升水土保持工程的产业型地位，将水土保持产业的发展纳入兴城临海产业发展中，以工带农，促进相关农产品品牌化，从生态和经济层面提升水土保持关注度。

考虑到北方土石山区山高坡陡的特点，在栽植果树前，先修建蓄水减蚀工程（以台田为主），通过其蓄水、分流、保土作用，提高果树的成活率，减轻苗期及果期管护难度。在树种选择上，充分考虑产果季节的搭配及今后的产业变化方向，既要注重蓄水保土性能，又要有一定的经济附加值和效益持续期。最终，选择安果梨、苹果、山杏、大枣等林果品种，株行距2 m×3 m栽植，并辅以必要的灌溉、排水设施，以保证果树的正常生长发育与持续稳产。植苗时，在陡坡区，将苗木栽植在台田下边埂附近，随着树体和根系的发育，能够起到提升下边埂抗冲、抗淤能力的作用；缓坡区，将苗木栽植在台田中央。台田栽植果树的株行距为3 m×4 m，埂顶宽30 cm，田埂内侧高40 cm，每公顷有825个槽，每个槽种1株苗木。

3.2.2  果园空间利用

为节省水肥，多会将果园内的杂草清除，使果树下出现大片裸地，但这不利于水土保持。有研究表明，由于果树与杂草根系深度不同，加之一般果园水肥用量偏多，杂草的存在对果树生长影响甚微，因此杂草的存在既能保持水土，又能利用多余的肥料与农药从而减轻农业污染。

为控制杂草高度、综合利用果园空间、减轻果园水土流失及农业污染物外流，设计在果园放养白鹅，实行分区轮放，利用白鹅的草食性及幼鹅生长季与杂草生长季相吻合的特点进行物理控草。山地有机果品优质栽培技术示范区示范面积为46.67 hm²。

3.3  侵蚀瘠薄型坡耕地高效利用技术示范区

受北方土石山区特有的地形地貌条件和气象因素的影响，坡耕地水土流失多发，导致土层变薄、养分减少、生产力低下，农户为提升产量盲目增加化肥、农药用量，造成土地、水源污染，这是北方土石山区水土流失治理的一大难题。针对北方土石山区瘠薄型旱地中低产田的土壤及其养分流失问题，在典型示范区设立了侵蚀瘠薄型坡耕地高效利用技术示范区，通过改善土壤质量、提升土壤肥力，实现粮食稳定增产，同时注重精准施肥、精准用药。该区示范坡耕地保土、节水、降污染技术，总面积54.26 hm²。

根据北方土石山区坡耕地的地形、土壤等特点，依据《黑土区水土流失综合防治技术标准》(SL 446—2009)、《水土保持综合治理技术规范 坡耕地治理技术》(GB/T 16453.1—2008)，因地制宜地采取改变微地形、提高土壤抗蚀性及增加入渗能力等耕作措施，提高作物产量。主要措施有：①等高耕作措施。耕作方向沿等高线进行，将原有的顺坡沟垄和斜坡沟垄改为横坡沟垄，先深翻、耙平，再进行横坡耕作，形成新的横坡沟垄。②深耕深松。要打破犁底层，提高土壤入渗能力，耕作深度一般为25～30 cm。③秸秆粉碎还田。留秸秆长度不宜超过10 cm，还田量15 000 kg/hm²，同时撒施尿素150 kg/hm²，以利于土壤微生物活动和有机物质的分解，还田以后以大犁深耕＞40 cm为宜，土壤深耕后再用旋耕机旋匀整平，其旋耕深度一般为15~20 cm，没有深耕条件的也可以采用旋耕机旋耕2~3遍，使秸秆和土壤混合均匀。④地埂植物减蚀带设计。地埂植物带设在3°～5°的坡耕地上，沿等高线布设，修筑地埂植物带，间距应以保证坡面不发生坡面径流冲刷为原则。参考《黑土区水土流失综合防治技术标准》，设计埂间距40 m、埂顶宽50 cm、沟底宽50 cm、埂高50 cm、内坡坡比1∶0.5、外坡坡比1∶0.5，土埂需夯实，在坡顶错行栽植紫穗槐，株距0.5 m，并撒播紫花苜蓿，播种量30 kg/hm²。

3.4  扩张型沟道多层控蚀技术示范区

园区沟壑密度大（2.55 km/km²），沟道溯源侵蚀、下切侵蚀、侧面侵蚀多发，因此沟道治理是一项重要工作。在典型示范区内建设扩张型沟道多层控蚀技术示范区总面积20 hm²，采用工程防护与植物减蚀相结合的治沟技术，修建谷坊、沟头防护工程，结合植物措施护持沟岸、沟底，减少进入主沟道的泥沙量，在比降较大的沟道谷坊泄水处增设跌水等防冲措施，防止沟底冲蚀。

（1）沟道截流控蚀措施设计。在距沟头约1 m处设置沟头防护工程，采用半环形布设，单槽宽0.5 m、深0.5 m、长1.0 m，槽间挡水埂宽0.3 m，在槽带内品字形排列，槽带近沟方向筑挡水土埂，埂高0.3 m，槽内栽植紫穗槐，分散、拦蓄、利用地表径流。沟道截流控蚀措施设计见图2。

（2）沟道内谷坊群设计。沿纵向坡降逐级设置谷坊工程分层拦淤，防止下泄水流侵蚀沟底。谷坊采用干砌石砌筑谷坊或石笼谷坊，位置选择在沟道狭窄处，上游平缓宽敞，有利于拦蓄更多的径流泥沙。沟岸沟底要比较坚实，谷坊两翼深入沟坡1 m左右。连续修建谷坊时，要根据实际地形坡度、沟道比降来确定谷坊间距、数量，原则上做到顶底相照。为避免暴雨造成洪水冲毁谷坊，坝顶中间应留溢洪口，溢洪口下方设置石笼防冲垫层。溢洪口的位置和尺寸要根据集雨面积按10年一遇24 h暴雨的防洪标准来计算。由于侵蚀沟的沟底坡都是上游陡、下游缓，按相等高度布置谷坊，应该是上游谷坊间距小、下游谷坊间距大，在施工中要在现场用水准仪进行测量调整间距。

（3）沟道内外林草防护带设计。充分利用工程措施与植物措施在沟壑治理中的作用，组成一个上下多防线、措施多功能、效果可持续的综合治沟体系。在沟岸两侧栽植紫穗槐和油松蓄积利用降雨径流，在沟道内的谷坊群间隙栽植抗性强、枝干韧性好、萌蘖能力强的榆树和紫穗槐，增强沟内边坡和沟底抗蚀能力，其中：榆树株行距2 m×2 m，错行种植；紫穗槐株行距0.5 m×0.5 m，错行种植。

3.5  复合型水土保持林草多效配置技术示范区

典型示范区内，复合型水土保持林草多效配置技术示范区总占地面积580.17 hm²，主要示范水土保持林草配置技术。林型构成上，着重构建复合型水土保持林草体系，注重复层、异龄、常绿与落叶树木混交的森林植物群落建设。效益构成上，侧重对坡面裸地的保护，兼顾近期、远期效益，采用速生用材林、一般用材林、水保林相结合的方式。措施构成上，采用抗蚀保墒造林设计，充分考虑工程措施与植物措施的有机结合，着眼于对坡面径流及泥沙的调控，近期工程措施发挥主要功能，而远期植物措施则发挥主要作用。空间配置上讲求地上林木分层配置，地下根系网配置：地上乔灌草分层、异龄配置，地下植物的根系在土壤中形成深浅不一的网状抗蚀组；地上减小径流动能及雨滴势能形成的侵蚀合力，地下增加土体抗蚀力，同时地表枯落物的积累与腐化能有效截蓄地表径流、增加土壤肥力。

4  科研与科普教育

在园区优先治理区内建设坡面径流观测场1处，设置 8 个标准径流试验小区(垂直投影面积 20 m × 5 m，坡度 15°) ，并配备房舍，内设仪器室、操作间、备品库等，进行水土保持科学试验。观测场设有水土保持监测的先进仪器，基本实现了全自动化观测和监测数据的实时传输，并配套采样、称量的器材。小区布设顺序依次为果树梯田、农业梯田、水平槽+大扁杏/梨树、保土耕作+大豆、自然坡面+梨树、鱼鳞坑+刺槐、自然坡+刺槐、封育，具备开展径流泥沙输移规律、坡面农地水肥代谢规律、农业污染物蓄积与再利用、措施应用效果及蓄水保土规律等相关研究的条件。典型示范区内还设置有专门的新技术研发区。同时，围绕“减蚀、增效、树理念”开展水土保持科普教育，比如在径流观测场展演水土保持基础理论、用科普宣传栏等宣传政策法规、在示范区展示新技术应用，还通过示范推广生态营建技术、优质果品及杂粮无公害生产技术等，从生态和经济层面提升水土保持关注度。目前园区已被命名为兴城市中小学生水土保持实训基地，成为兴城市向社会公众宣传水土保持的一个“窗口”。

5  结  语

兴城市头道沟水土保持科技示范园设计侧重生态景观建设与水土保持产业引领，集水土保持新技术及新理念的试验示范、水土保持科学研究、实体成果展示、科普教育、区域水土流失动态监测于一体，目的是通过科技示范园区的建设，将生态产业型水土保持模式引入水土流失治理中，从根本上杜绝盲目开发，促使产业结构更加合理；通过园区理论与实体成果教育，增强水土流失区群众的水土保持意识；通过水土保持科研设施与试验场地的建设，为水土保持科研工作提供可靠、稳定的试验与示范场所。

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（感谢兴城市水土保持局的同志在现场踏勘、植物种类选择、示范区选址方面给予的大力支持，感谢辽宁省旱地农林研究所的同事在文章写作过程中给予的帮助。）

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[参考文献]

[1] 乔殿新.水土保持科技示范园发展探析[J].中国水土保持,2016(1):34-37.

[2] 孟娜,车生泉,王玲,等.农业科技示范园的特征定位及功能分区研究:以山东高青绿色农业科技示范园为例[J].中国农学通报,2014,30(1):271-277.

［作者简介］李凤鸣（1981—），男，辽宁阜新市人，助理研究员，主要从事水土保持规划、矿业迹地生态恢复等方面的工作。

［收稿日期］ 2019-12-01